プラスチック製造の主要12技法とその用途

プラスチック製造はほぼすべての産業に不可欠です。ポリスチレン食品包装からエンジニアリンググレードPEEK製産業コンポーネントまで、プラスチック製造は我々の知る生活に大きく貢献しています。プラスチック部品を作る能力がなければ、根本的に新しい生産システムを開発する必要があるでしょう。

しかし、プラスチック製造には多くの異なる方法があります。射出成形、プラスチック押出、FDM 3Dプリントはすべてプラスチック製造方法であり、他にも多数あります。これらの異なるプラスチック製造方法は異なるプラスチック部品に適しており、それらの間で選択することは必ずしも簡単ではありません。予算、部品設計、材料は、プラスチック製造方法選択に影響する要因のほんの一部です。

本記事では、12の異なるプラスチック製造方法を取り上げ、基本プロセスと有用な理由を説明します。各プラスチック製造方法について、最終用途部品の製造例をいくつか紹介します。

1. 射出成形

射出成形は最も一般的なプラスチック製造プロセスです。熱可塑性および熱硬化性ポリマーを処理できます。

この高速プラスチック製造法は、プラスチックペレットを溶融するまで加熱し、相互作用スクリューで溶融プラスチックを金属金型に押し込むことで機能します。溶融材料は冷却・固化し、金型キャビティの形状を取ります。固体部品は金型から射出されます。

射出成形は膨大な種類の材料と部品に適しています。部品は薄く均一な肉厚でなければなりませんが、それ以外ではさまざまな形状とサイズを取れます。

射出成形部品例：使い捨て食品トレイ、自動車ダッシュボード、レゴブロック

2. ブロー成形

ブロー成形は、射出成形ほど広く使用されていないプラスチック成形プロセスです。押出ブロー成形、射出ブロー成形、射出延伸ブロー成形の3つの異なるバリエーションがあります。

このプラスチック製造プロセスは、金型と、パリソンと呼ばれる溶融熱可塑性チューブ（完全溶融ペレットの代わり）を使用します。加圧空気がパリソン内に入り、プラスチックを膨張させて金型内壁に接触させ、最終的に金型キャビティの形状を取ります。

ブロー成形は、プラスチック水筒のような中空プラスチック部品に適しており、HDPEが最も一般的な材料です。

ブロー成形部品例：ボトル、ドラム、燃料タンク

3. 回転成形

回転成形は、高温と低圧でプラスチック部品を成形するもう一つのプラスチック成形プロセスです。金型を回転させて内部のプラスチック材料を移動させます。

回転成形プロセスでは、粉末プラスチックを金型に入れ、2つ（以上）の軸で加熱・回転させます。この回転により、溶融プラスチックが金型内部全体を覆い、キャビティの形状を取ります。

回転成形のメリットには、シンプルな工具、均一な肉厚、強力な外部コーナーがあります。しかしプロセスは遅い場合があり、部品射出前に金型全体を冷却する必要があるためです。

回転成形部品例：ゴミ箱、貯蔵タンク、玩具

4. バキューム鋳造

バキューム鋳造は、通常少量のカラフルなプロトタイプに採用されるプラスチック製造プロセスです。シリコーン金型を使用してウレタンプラスチック部品を作ります。

このプラスチック製造プロセスでは、オペレーターがウレタン鋳造レジンをシリコーン金型に注ぎ、真空で気泡とエアポケットを除去し、非常に滑らかな仕上げ部品が得られます。ウレタン部品はオーブンで硬化させます。

バキューム鋳造は、プロトタイプディスプレイケースのような部分的に透明な部品に人気のプラスチック製造プロセスです。

バキューム鋳造部品例：電子機器ケース・カバー、各種ディスプレイプロトタイプ

5. プラスチック機械加工

プラスチック機械加工は非常に人気のあるプラスチック製造プロセスです。CNCフライス、CNC旋削、その他関連プロセスを含みます。

異なる工作機械は異なる仕組みで動作しますが、プラスチック機械加工は一般的に、手動またはコンピュータ制御切削工具を使用してプラスチックワークピースから部分を切り取ることを伴います。機械加工は高精度で、さまざまなプラスチックに対応し、厚肉部品の製造では成形より優れています。

プラスチック機械加工は、押出など他の技術で作られた部品にディテールを追加するのにも有用です。

機械加工部品例：各種産業部品、ジグ・フィクスチャー、自動車照明

6. 溶解積層法（FDM）

FDM（Fused Deposition Modeling）は、プラスチック製造で最も一般的な3Dプリントプロセスです。ABSやPLAのような一般的な熱可塑性樹脂や、PEEKのような先進材料に対応します。

FDMは、熱可塑性フィラメントを加熱し、コンピュータ指示に従って移動ノズル（プリントヘッドに取り付け）から精密な形状で押し出します。部品の2Dスライスが層ごとにプリントされ、完全な3Dオブジェクトが構築されるまで積み重ねられます。

少量では、FDMは非常に高速かつコスト効率が良く、複雑な内部形状を含む幅広い形状を生成できます。しかし、特に強い部品は生成しません。

FDM部品例：各種プロトタイプ、スペアパーツ・修理部品、複合材産業部品

7. ステレオリソグラフィ（SLA）

SLA（Stereolithography）は、熱可塑性ポリマーではなくフォトポリマーレジンで動作する、異なる形式のプラスチック3Dプリントです。

レーザーなどの光源を使用してフォトポリマーレジンを選択的に硬化させます。（関連技術のデジタルライトプロセッシングは、レーザーの代わりにプロジェクターを使用します。）プリントベッドがレジン槽を通過するにつれ、部品は層ごとにプリントされます。

SLAは脆いが非常に滑らかな部品を生成し、透明化も可能です。プロトタイピングによく使用されますが、歯科や宝飾品にも用途があります。

SLA部品例：ディスプレイプロトタイプ、歯科用アライナー、鋳造用宝飾品パターン

8. 選択的レーザー焼結（SLS）

SLS（Selective Laser Sintering）は、プラスチック製造プロセスであり、もう一つの3Dプリント形式です。主にナイロン部品の製造に使用されます。

SLSは粉末床溶融プロセスです。レーザーを使用してプラスチック粉末内の2D形状を選択的に焼結し、層ごとに完全なプラスチック部品を構築します。金属積層造形プロセスの選択的レーザー溶解（SLM）と広く類似しています。他のプラスチック3Dプリント手法と異なるメリットは、サポート構造が不要な点です。

FDMやSLAよりも、SLSは産業用積層造形プロセスと見なされ、自動車業界で人気があります。

SLS部品例：工具、自動車ハードウェア、電気コネクタ

9. プラスチック押出

押出3Dプリントと混同しないでください。プラスチック押出は、プラスチックをダイスを通して押し出し、一定プロファイルの細長いプラスチック部品を作るプロセスです。

この大量生産プラスチック製造プロセスは、バレル内でプラスチックを加熱し、相互作用スクリューでダイスに押し込み、最終形状となる連続プロファイルを与えます。結果として得られるプラスチック押出材は冷却時に硬化します。

一般的なプラスチック押出材料には、ポリエチレン、ポリプロピレン、アセタール、ナイロンがあります。プロセスにはブローフィルム押出、チューブ押出などのバリエーションもあります。

押出部品例：パイプ、チューブ、窓枠

10. プラスチックパルトルージョン

プラスチックパルトルージョンは、材料を押し出すのではなくダイスを通して引き抜くプラスチック押出のバリエーションです。

パルトルージョンというプラスチック製造技術は、繊維強化プラスチックに適しています。プロセスでは、強化繊維ロールをプラスチックレジン槽に引き抜き、繊維を含浸させ、加熱ダイスを通して繊維強化レジンにカスタムプロファイルを与えます。

ポリエステル、ポリウレタン、エポキシなど複数のプラスチックレジンがパルトルージョンに適しています。ガラス繊維が最も一般的な強化材料です。

パルトルージョン部品例：補強バー、スキーポール、各種構造補強部品

11. プラスチック溶接

溶接は主に金属に関連付けられますが、プラスチック溶接は、接着や他の組立方法に不向きな熱可塑性コンポーネントを接合する有用なプラスチック製造プロセスです。

プラスチック溶接プロセスには膨大な数のバリエーションがあり、ホットガス溶接、スピードチップ溶接、接触溶接などが含まれます。ほとんどのバリエーションは、プラスチック表面の準備、熱と圧力の適用、冷却を含みます。

さまざまなプラスチック溶接方法は、熱的、機械的、電磁的に分類できます。

溶接部品例：ハウジング、携帯電話部品、医療機器

12. 熱成形

熱成形は、完全溶融プラスチックではなく、緩やかに加熱したプラスチックシートを使用する点で成形に類似したプラスチック製造タイプです。

このプラスチック製造技術にはオーブンと金型が必要です。プロセスでは、プラスチックシートを柔軟になるまで加熱し、通常真空を使用して金型上に引き伸ばし、トリミングと冷却を行います。

熱成形は比較的汎用性が高く、小規模から大量生産まで実施可能です。

熱成形部品例：ブリスターパック、プラスチックカップ、蓋